BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CHỈ BÁO
ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ (FAULT PASSAGE INDICATOR FPI) NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP
ĐIỆN CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH
TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Mã số: B2016-DNA-49-TT

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đinh Thành Việt

Đà Nẵng, 10/2018



DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP
CHÍNH
1. DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Đơn vị công tác và
TT

Họ và tên
lĩnh vực chuyên môn

1

PGS.TS Đinh Thành Việt Đại học Đà Nẵng,

Kỹ thuật điện

4

2

Nội dung nghiên cứu cụ thể đƣợc
giao
Chủ nhiệm đề tài. Định hướng và tổ
chức nghiên cứu, quản lý tiến độ thực
hiện đề tài; phân tích, đánh giá kết quả
nghiên cứu.

Th.S. Võ Văn Phương

Công ty TNHH MTV Điện Thư ký đề tài. Nghiên cứu các công
lực Đà Nẵng,
nghệ FPI và lựa chọn công nghệ phù
hợp với tình hình thực tế ở Việt Nam.
Kỹ thuật điện
Xây dựng hàm mục tiêu, mô hình tính
toán và xây dựng chương trình tính toán
phân bố tối ưu các thiết bị FPI cho lưới
điện phân phối thông minh.

ThS. Ngô Tấn Cư

Công ty TNHH MTV Điện Thành viên. Nghiên cứu triển khai ứng
lực Đà Nẵng,
dụng kết quả đề tài vào thực tiễn.

Kỹ thuật điện

3

5

KS. Hoàng Đăng Nam

Th.S. Trương
Quang Minh

Công ty TNHH MTV Điện Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy cung
lực Đà Nẵng,
cấp điện và triển khai phát triển lưới
điện thông minh.
Kỹ thuật điện

Nguyễn Công ty Điện lực Quảng Xây dựng hàm mục tiêu, mô hình tính
Nam,
toán và xây dựng chương trình tính toán
phân bố tối ưu các thiết bị FPI cho lưới
Kỹ thuật điện
điện phân phối thông minh.

2. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
Tên đơn vị trong và ngoài nƣớc

Nội dung phối hợp nghiên cứu

Họ và tên ngƣời đại diện

đơn vị

Công ty TNHH MTV Điện lực Cung cấp số liệu thực tế; triển khai ứngThS. Ngô Tấn Cư
Đà Nẵng
dụng kết quả nghiên cứu.


MỤC LỤC

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................1
a) Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................................1
b) Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................................2
5. Bố cục đề tài ................................................................................................................................2
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu .....................................................................................................2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP
ĐIỆN ........................................................................................................................................................3
1.1. Tổng quan về lƣới điện thông minh ...............................................................................................3
1.1.1. Định nghĩa về lưới điện thông minh ......................................................................................3
1.1.2. Mục tiêu phát triển lưới điện thông minh ở Việt Nam ..........................................................3
a) Mục tiêu tổng quát ................................................................................................................3
b) Mục tiêu cụ thể .....................................................................................................................3
1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện .........................................................................................3
1.2.1. Khái niệm về độ tin cậy trong hệ thống điện .........................................................................3

1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện ...............................................................3
1.2.3. Các thông số của độ tin cậy ...................................................................................................3
a) Cường độ hỏng hóc của hệ thống (λ)....................................................................................3
b) Cường độ phục hồi của hệ thống ( ) ....................................................................................3
c) Thời gian làm việc an toàn trung bình (Tlv) ..........................................................................3
d) Thời gian sửa chữa trung bình (TS) ......................................................................................3
e) Hệ số sẵn sàng (A) ................................................................................................................3
1.2.4. Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện .................................3
a) Phương pháp đồ thị giải tích ................................................................................................3
b) Phương pháp không gian trạng thái .....................................................................................3
c) Phương pháp cây hỏng hóc ..................................................................................................3
d) Phương pháp Monte-Carlo...................................................................................................3
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy .....................................................................................3
1.3. Tính toán độ tin cậy cho lƣới điện phân phối ...............................................................................3
1.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối.............................................................3
a) Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI (System Average Interruption
Frequency Index) ......................................................................................................................4
b) Thời gian mất điện trung bình của hệ thống - SAIDI (System Average Interruption
Duration Index).........................................................................................................................4
c) Tần suất mất điện trung bình thoáng qua của hệ thống - MAIFI (System Average
Interruption Frequency Index) ..................................................................................................4
1.3.2. Các sơ đồ cơ bản dùng để tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối ......................................4


d) Lưới điện hình tia không phân đoạn: ...................................................................................4
e) Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ............................................................4
f) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các dao cách ly và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì....4
g) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ...............4
h) Lưới điện phân phối kín vận hành hở ...................................................................................4
1.4. Kết luận ............................................................................................................................................4

Chƣơng 2. THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU ĐA MỤC
TIÊU ........................................................................................................................................................5
2.1. Tổng quát bài toán tối ƣu đa mục tiêu ..........................................................................................5
2.1.1. Tối ưu đa mục tiêu .................................................................................................................5
2.1.2. Tối ưu Pareto .........................................................................................................................5
a) Khái niệm Pareto ..................................................................................................................5
b) Sắp xếp nghiệm không trội (Non - Dominated sort) .............................................................5
2.2. Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn .......................................................................................................5
2.2.1. Giới thiệu về thuật toán tối ưu hóa bầy đàn ...........................................................................5
2.2.2. Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa bầy đàn ..............................................................................6
2.3. Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn cho toán tối ƣu đa mục tiêu........................................................6
2.3.1. Giới thiệu ...............................................................................................................................6
2.3.2. Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn cho bài toán tối ưu đa mục tiêu .............................................6
2.4. Kết luận ............................................................................................................................................8
Chƣơng 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG
NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH .............9
3.1. Công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố (FPI) .......................................................................................9
3.1.1. Định nghĩa thiết bị chỉ thị sự cố ............................................................................................9
3.1.2. Nguyên tắc hoạt động của FPI ...............................................................................................9
3.1.3. Các chức năng của FPI ..........................................................................................................9
3.1.4. Phân loại các công nghệ FPI..................................................................................................9
a) Theo loại đường dây .............................................................................................................9
b) Theo vị trí lắp đặt FPI ..........................................................................................................9
c) Theo công nghệ sử dụng .......................................................................................................9
3.2. Mô hình thiết bị chỉ báo đƣờng đi sự cố trong lƣới điện phân phối và tác động của nó đến độ
tin cậy cung cấp điện ..............................................................................................................................9
3.3. Mô hình tính toán độ tin cậy của lƣới điện phân phối .................................................................9
3.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối ................................................9
3.3.2. Mô hình tính toán chỉ số SAIDI của lưới điện phân phối......................................................9
a) Công thức tính toán ..............................................................................................................9

b) Xác định vùng mất điện do sự cố trên các đoạn đường dây ...............................................10
c) Xác định vùng mất điện do sự cố của TBPĐ gây ra ...........................................................10
3.4. Xây dựng các hàm mục tiêu .........................................................................................................10
3.4.1. Hàm mục tiêu kinh tế...........................................................................................................10
3.4.2. Hàm mục tiêu độ tin cậy ......................................................................................................10
3.4.3. Xác định các ràng buộc .......................................................................................................10
3.5. Xây dựng chƣơng trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố cho
lƣới điện phân phối ..............................................................................................................................10
3.5.1. Giải thích thuật toán của chương trình ................................................................................10


3.5.2. Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho
lưới điện phân phối ........................................................................................................................11
a) Giao diện chương trình.......................................................................................................11
b) Sử dụng chương trình SmartFPI.........................................................................................11
3.6. Kết luận ..........................................................................................................................................11
Chƣơng 4. TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ
CHO XUẤT TUYẾN 471 NGŨ HÀNH SƠN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ
ĐÀ NẴNG .............................................................................................................................................12
4.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối thành phố Đà Nẵng .............................................................12
4.1.1. Đặc điểm lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng .............................................................12
4.1.2. Chế độ vận hành của lưới phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng .........................................12
4.2. Tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố cho xuất tuyến 471 Ngũ
Hành Sơn thuộc lƣới điện phân phối thành phố Đà Nẵng ...............................................................12
4.2.1. Thông số chung của chương trình .......................................................................................12
a) Thông số kỹ thuật lưới điện ................................................................................................12
b) Thông số cấu trúc lưới điện xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn:..............................................12
4.2.2. Kết quả thực hiện chương trình ...........................................................................................12
a) Giả thiết 1 ...........................................................................................................................12
b) Giả thiết 2 ...........................................................................................................................13

c) Giả thiết 3 ...........................................................................................................................14
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................................15
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH M C CÁC B NG
S hi u
b ng
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.

Tên b ng

Trang

Thông s
n phân ph i 7 nhánh
B ng tính ch s
tin c
hình 1.5
B ng tính ch s

tin c
hình 1.6
B ng tính ch s
tin c
hình 1.7
B ng tính ch s
tin c
hình 1.8
B ng tính ch s
tin c
hình 1.9
B ng kê su t h ng hóc và th i gian s a ch a các ph n
t
n
Th i gian
th c hi n chuy
i
n xu t tuy
Thông s c

13
14
15
16
17
18

B ng tính hi u qu

62


i gi thi t 1

54
55
56


DANH M C CÁC HÌNH
S hi u
Tên hình
Trang
hình
1.1.
Mô hình minh h
n thông minh
4
Minh h a mô hình t ch c t ng th
n thông minh Công
1.2.
6
nl
ng
1.3.
n i ti p
9
1.4.
song song
9
1.5.

n
12
1.6.
hình tia có các nhánh r b o v b ng c u chì t
14
n b ng dao cách ly, các nhánh r b o v
1.7.
15
b ng c u chì t
n b ng máy c t, các nhánh r b o v
1.8.
17
b ng c u chì t
1.9.
n phân ph i kín v n hành h
18
2.1.
Hình v t p h p t
c tiêu
21
2.2.
Minh h a biên ch a nghi m không tr i và th h
ng
22
2.3.
Hình v minh h a thu t toán b
24
2.4.
Không gian tìm ki m c a thu t toán b
26

2.5.
V trí c a các ph n t sau m i l n l p
26
2.6.
thu t toán t
28
2.7.
nghi m khi b nh ngoài tr ng
30
nghi m khi nghi
t
2.8.
30
trong các ph n t
b nh ngoài
nghi m khi không có b t c ph n t nào trong
2.9.
31
b nh ngoài t
nghi m khi có ph n t trong b nh ngoài kém
2.10.
31
2.11.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.


kh i thu t toán b
c tiêu
Mô hình tính toán khi l
t FPI trên
n
Mô hình ví d
n phân ph i 32 nhánh
xây d
tin c
n phân ph i
Giao di
Giao di n nh p d li
K t qu trên giao di n khi tính toán ng d ng hi u qu công
ngh ch
c
n phân ph i

33
37
40
41
48
50
52


S hi u
hình
4.1.
K t qu

4.2.
K t qu
4.3.
K t qu

Tên hình
i các gi thi t 1
i các gi thi t 2
i các gi thi t 3

Trang
61
63
64


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
FPI: Fault Passage Indicator (thiết bị chỉ báo sự cố)
SCADA: Supervisory, Control and Data Acquisition (hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ
liệu).
SAIDI: System Average Interuption Duration Index (chỉ số thời gian mất điện trung bình của lưới điện
phân phối).
SAIFI: System Average Interuption Frequency Index (chỉ số tần suất mất điện kéo dài trung bình của
lưới điện phân phối).
MAIFI: Momentary Average Interuption Frequency Index (chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung
bình của lưới điện phân phối).
PSO: Particle Swarm Optimization (tối ưu hóa bầy đàn).
MOPSO: Multi-Objective Particle Swarm Optimization (tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu).





INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Efficiency improvement of fault passage indicator in order to increase Danang
power distribution system reliability
Code number: B2016-DNA-49-TT
Coordinator: Assoc.Prof.Dr. Dinh Thanh Viet
Implementing institution: The University of Danang
Duration: 24 months, from 12/2016 to 11/2018.
2. Objective(s):
Propose solutions to improve the efficiency of the Fault Passage Indicator (FPI),
improving the Danang power distribution system reliability.
3. Creativeness and innovativeness:
At present, the development of Smart Grid in Vietnam should focus on promoting
important work items such as increasing the reliability, increasing the efficiency of the power
system, focusing on power distribution system. In order to achieve this, several solutions need
to be implemented, including the use of FPI technology. However, cost of FPI equipment is
quite high; and the question about the number and location to install in the distribution grid to
achieve the highest efficiency has not been studied specifically. Excessive FPI installation can
be a waste of investment, while too little installation may not be as effective. Installation in
the most efficient way is also an issue to consider.
These are new issues arising in the deployment of smart grid in Vietnam. This
research has studied and proposed methods to solve the problem on the basis of optimization
methods. The research presented the mathematical model based on set theory and logic, and
the binding relationships of segmentation devices such as circuit breakers, isolators, fuses,
distribution power system, etc. to calculate reliability. The authors have researched, applied
Pareto Optimization Theory and a multi-objective particle swarm optimization algorithm to
build a program based on Matlab, which is called SmartFPI. This program can become a tool
for electricity companies to evaluate and optimize the electricity supply reliability index for

distribution networks.
4. Research results:
The research has developed software, focusing on solving the above issues and
proposing solutions to practical production for power companies.
This software has been applied to calculate the efficient use of FPI for 22kV feeder
471 Ngu Hanh Son - Da Nang Power Company. Calculation results are analyzed in detail for
each specific case and perfectly match the actual operation of the grid.
5. Products:
The research has high efficiency in the education and training, with the results of
training 01 master. The research results will also be used to guide for graduates in the fields of
smart grid, power distribution system automation and optimization.
In terms of science, this study has a scientific paper published in the science and
technology journal - University of Da Nang.
In practical terms, the research proposed solutions for effective application of FPI
technology to improve the reliability of power distribution grid, contributing to implementing
the Vietnam smart grid development roadmap.


The research report will provide a source of reference for students of the University of
Danang. At the same time, the results of the research applied in electricity utilities will
contribute to reduce waste in investment and increase labor productivity.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research
results:
After completion of this project, the research results will be transferred directly to the
units in Vietnam that have the need to apply the results of the project to effectively implement
and develop smart grid.
In the short term, the research results have been applied directly at the Da Nang Power
Company Limited. The results can be applied to all members of the Electricity of Vietnam,
especially the power companies in the Central and Highlands area in Vietnam.



1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc phát triển lưới điện thông minh (Smart Grid) đang là xu thế tất yếu và là mối
quan tâm hàng đầu của ngành điện Việt Nam cũng như toàn thế giới nhằm mục tiêu nâng cao chất
lượng và độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho khách hàng sử dụng điện. Để
hỗ trợ cho lộ trình phát triển lưới điện thông minh, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số
1670/QĐ-TTg ngày 08/11/2012 phê duyệt Đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam. Như
vậy có thể thấy để có thể phát triển được lưới điện thông minh tại Việt Nam, trong các giai đoạn 1 và 2
cần tập trung đẩy mạnh những hạng mục công việc quan trọng như tăng cường độ tin cậy, tăng cường
hiệu quả vận hành hệ thống điện, tập trung vào lưới điện phân phối. Để thực hiện được điều đó cần
thực hiện đồng bộ nhiều giải pháp, trong đó việc ứng dụng công nghệ mới về chỉ báo đường đi sự cố
(Fault Passage Indicator – FPI) cho lưới điện phân phối thông minh được xem như là một trong những
giải pháp hiệu quả giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng như hiệu quả vận hành lưới điện phân
phối. Tuy nhiên, thiết bị FPI có giá thành không phải là thấp; việc lắp đặt bao nhiêu thiết bị FPI, ở vị
trí nào trong lưới điện phân phối để đạt được hiệu quả cao nhất vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể. Việc
lắp đặt thiết bị FPI quá nhiều sẽ có thể gây lãng phí trong đầu tư, trong khi nếu lắp đặt quá ít có thể sẽ
không đạt được hiệu quả như mong đợi. Bên cạnh đó lắp đặt ở những vị trí nào sẽ mang lại hiệu quả
cao nhất cũng là một vấn đề cần xem xét. Do đó đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả chỉ báo đường
đi sự cố (Fault Passage Indicator – FPI) nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân
phối thông minh tại thành phố Đà Nẵng” mang tính cấp thiết trong giai đoạn hiện nay và phù hợp với
Đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam mà Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt.
Đề tài đề xuất giải pháp để ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố FPI nhằm nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối, góp phần thực hiện lộ trình xây dựng lưới điện
thông minh tại Việt Nam theo Đề án mà Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt, góp phần tiết giảm lãng
phí trong đầu tư, nâng cao năng suất lao động.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng và nghiên cứu chọn lựa công nghệ FPI phù hợp

với điều kiện cơ sở hạ tầng khác nhau của các lưới điện phân phối khi không tích hợp và có tích hợp
với hệ thống SCADA.
- Nghiên cứu giải thuật và xây dựng chương trình xác định số lượng và vị trí lắp đặt tối ưu các
thiết bị FPI trên lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian mất điện
trung bình của lưới điện phân phối, trong đó có xem xét đánh giá yếu tố kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn
công nghệ thiết bị FPI phù hợp ở các vị trí thích hợp.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để triển khai tính toán cho một lưới điện thực tế thuộc của Công
ty Điện lực Đà Nẵng.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là công nghệ FPI và các thuật toán tối ưu hóa cùng các ứng
dụng của chúng trong hệ thống điện hiện đại. Bên cạnh đó, việc tính toán các chỉ số độ tin cậy cung
cấp điện cũng sẽ được thực hiện để ứng dụng trong quá trình giải các bài toán tối ưu.
b) Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu các công nghệ FPI và ứng dụng nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới
điện phân phối thông minh.
- Nghiên cứu các phương pháp tính toán tối ưu, tính toán độ tin cậy cung cấp điện.
- Nghiên cứu lập trình tính toán nhằm ứng dụng hiệu quả công nghệ FPI cho lưới điện phân
phối thông minh.


2

4. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước đề
cập đến vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối; các phương pháp tối ưu hóa, đặc biệt
là tối ưu hóa đa mục tiêu.
- Phương pháp xử lý thông tin: thu thập và xử lý thông tin định lượng về độ tin cậy của lưới
điện phân phối thành phố Đà Nẵng.

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Xem xét ứng dụng phù hợp với lưới điện thực tế.
5. Bố cục đề tài
Chương 1: Tổng quan về lưới điện thông minh và độ tin cậy cung cấp điện
Chương 2: Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu
Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự
cố cho lưới điện phân phối thông minh
Chương 4: Tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho xuất tuyến 471
Ngũ Hành Sơn thuộc lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng.
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tác giả sử dụng các nguồn sách, bài báo, tạp chí trong và ngoài nước để nghiên cứu về lý thuyết
tối ưu, lý thuyết di truyền và các thuật toán có liên quan đến việc tìm kiếm nghiệm cho bài toán tối ưu
đa mục tiêu.
Bên cạnh đó, tác giả thu thập số liệu từ đơn vị quản lý vận hành lưới điện các thông tin về đặc
điểm hiện trạng lưới điện, các thông tin thống kê trong công tác vận hành. Từ đó tổng hợp xử lý số
liệu thu thập để phục vụ nghiên cứu, đánh giá phân tích.


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH VÀ
ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
1.1. Tổng quan về lưới điện thông minh
1.1.1. Định nghĩa về lưới điện thông minh
Lưới điện thông minh là hệ thống điện được hiện đại hóa để giám sát, bảo vệ và tối ưu một cách
tự động các thành phần tham gia từ các nguồn điện tập trung và phân tán, lưới điện truyền tải và phân
phối đến các hộ sử dụng điện nhằm đảm bảo quá trình cung cấp và sử dụng điện năng tối ưu, tin cậy
và đảm bảo chất lượng.
1.1.2. Mục tiêu phát triển lưới điện thông minh ở Việt Nam
a) Mục tiêu tổng quát

Phát triển lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ
tin cậy cung cấp điện, góp phần cho công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng
tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển
nguồn lưới điện, tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng
lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế- xã hội bền vững .
b) Mục tiêu cụ thể
1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện
1.2.1. Khái niệm về độ tin cậy trong hệ thống điện
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành triệt để nhiệm vụ được giao trong
khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định.
1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện
- Xác suất thiếu điện cho phụ tải
- Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại
- Thời gian mất điện trung bình cho 1 phụ tải trong năm
- Số lần mất điện trung bình cho một phụ tải trong năm.
1.2.3. Các thông số của độ tin cậy
a) Cường độ hỏng hóc của hệ thống (λ)
b) Cường độ phục hồi của hệ thống ( )
c) Thời gian làm việc an toàn trung bình (Tlv)
d) Thời gian sửa chữa trung bình (TS)
e) Hệ số sẵn sàng (A)
1.2.4. Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện
a) Phương pháp đồ thị giải tích
b) Phương pháp không gian trạng thái
c) Phương pháp cây hỏng hóc
Phương pháp cây hỏng hóc được biểu diễn bằng đồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng
hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm đại số Boole.
d) Phương pháp Monte-Carlo
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy
- Cường độ hỏng hóc của các phần tử trong hệ thống.

- Sự thao tác để cô lập phần tử hỏng và phục hồi hoạt động của các phần tử không hỏng.
- Trạng thái của thiết bị (máy cắt, dao cách ly): đóng, mở.
- Việc bảo quản định kì của thiết bị.
1.3. Tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối
1.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối


4
a) Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI (System Average Interruption Frequency
Index)
∑
∑

(1.13)

b) Thời gian mất điện trung bình của hệ thống - SAIDI (System Average Interruption Duration
Index)
∑
∑

(1.14)

c) Tần suất mất điện trung bình thoáng qua của hệ thống - MAIFI (Momentary Average
Interruption Frequency Index)
∑
∑

(1.15)

1.3.2. Các sơ đồ cơ bản dùng để tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối

a) Lưới điện hình tia không phân đoạn:
b) Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
c) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các dao cách ly và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
d) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
e) Lưới điện phân phối kín vận hành hở
1.4. Kết luận
Trong chương này tác giả đã trình bày những thông tin tổng quan về lưới điện thông minh, bao
gồm định nghĩa lưới điện thông minh và mục tiêu phát triển lưới điện thông minh ở Việt Nam. Bên
cạnh đó, tác giả cũng đã giới thiệu về độ tin cậy cung cấp điện và phương pháp phân tích cơ bản chỉ số
độ tin cậy cho các lưới điện phân phối điển hình, trong đó có xét đến ảnh hưởng của các thiết bị phân
đoạn. Đây là lý thuyết nền tảng cho mô hình toán học tính toán độ tin cậy được trình bày chi tiết ở
chương 3.


5
Chƣơng 2
THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN
TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU
2.1. Tổng quát bài toán tối ưu đa mục tiêu
2.1.1. Tối ưu đa mục tiêu
Có nhiều cách để biểu diễn bài toán tối ưu đa mục tiêu, trong phạm vi đề tài này tác giả biểu
diễn bài toán tối ưu N mục tiêu

y  F  x    f1  x  , f2  x  , ., fn  x  

Min

T

gi  x   0, i  1, 2, ., M,


Rµng buéc

(2.1)

2.1.2. Tối ưu Pareto
Xem xét bài toán tối ưu cực tiểu cho hàm 2 mục tiêu và biểu diễn theo công thức toán học
(2.2).
Min I(x)  [I1(x), I2(x)]

(2.2)

Ràng buộc:
Gj(x)  0;

j = 1, 2, …, J;

hk(x) = 0;

k = 1, 2,… , K;

I2

A

Tập hợp tối ưu
Pareto
C
B


I2

U

*

I1 *

I1

Hình 2.1. Hình về tập hợp tối ưu Pareto cho hàm 2 mục tiêu
a) Khái niệm Pareto
Một nghiệm thuộc tập Pareto nếu không có một nghiệm nào khác có thể cải thiện ít nhất trong
những hàm đối tượng mà không làm giảm bất kỳ hàm đối tượng khác. Sắp xếp nghiệm không trội
(Non - Dominated sort)
2.2. Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn
2.2.1. Giới thiệu về thuật toán tối ưu hóa bầy đàn
Tối ưu hóa bầy đàn (PSO) là một trong số những phương pháp tối ưu dựa trên dân số bầy đàn
được đề xuất bởi J.Kennedy và R.Eberhart vào năm 1995.
PSO là một công cụ tối ưu cung cấp một quy trình tìm kiếm dựa trên bầy đàn mà trong đó mỗi
cá thể thay đổi vị trí của nó theo thời gian. Một lời giải tiềm năng cho mỗi bài toán có thể được đại
diện như một cá thể trong đàn, bay trong không gian tìm kiếm có D chiều. Sự điều chỉnh tốc độ và vị
trí của mỗi cá thể có thể được tính toán bằng cách sử dụng vận tốc hiện tại và khoảng cách từ pbest
đến gbest theo công thức (2.4) và (2.5)

Vidk 1  Vi k  c1rand1  ( Pbestidk - X idk )  c2rand2  (Gbestd k - X idk )

(2.4)



6

X idk 1  X idk  Vidk 1

(2.5)

Thông thường, hệ số quán tính ω giảm theo hàm bậc nhất từ ωmax đến ωmin như công thức (2.6)

  max -

max - min
 Iter
Itermax

(2.6)

Với Itermax là số bước lặp cực đại và Iter là bước lặp hiện tại.

Hình 2.2. Không gian tìm kiếm của thuật toán bầy đàn
2.2.2. Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa bầy đàn
Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa bầy đàn được thể hiện như trong hình 2.6.
2.3. Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn cho toán tối ưu đa mục tiêu
2.3.1. Giới thiệu
Như đã nêu ở phần trước, khi giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu, cá thể ưu việt được xác định sau
khi đánh giá từng cá thể trong quần thể, sau đó cá thể này được sử dụng để cập nhật vị trí cho các phần
tử trong quần thể. Tuy nhiên đối với bài toán tối ưu đa mục tiêu, mỗi phần tử có thể có một tập các
nghiệm ưu việt nhưng chỉ có thể chọn một trong số đó để cập nhật vị trí của bầy đàn
2.3.2. Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn cho bài toán tối ưu đa mục tiêu
Sơ đồ thuật toán bầy đàn cho bài toán tối ưu đa mục tiêu (MOPSO) được thể hiện như trong
hình 2.11. Các bước thực hiện thuật toán như sau:

- Bước 1: Khởi tạo bầy đàn.
- Bước 2: Tìm tập các nghiệm không trội gbest và lưu vào bộ nhớ ngoài.
- Bước 3: Chọn một cá thể trong tập các nghiệm ưu việt để sử dụng cho việc cập nhật vị trí các
phần tử.
- Bước 4: Cập nhật vận tốc và vị trí các phần tử.
- Bước 5: Sử dụng thuật toán đột biến để tăng tính đa dạng các phần tử.
- Bước 6: Tính toán hàm mục tiêu và cập nhật giá trị pbest cho tất cả các phần tử. Một phần tử
cập nhật giá trị pbest của nó khi phần tử đó trội hơn hoặc tương đương giá trị trước đó của nó (cả hai
là không trội đối với nhau).
- Bước 7: Cập nhật tập các nghiệm ưu việt
- Bước 8: Quay lại bước 3 nếu chưa đạt điều kiện dừng.


7
Bắt đầu

Khởi tạo quần thể (các
particle)

Đánh giá các phần tử. Tìm tập các nghiệm không
trội và lưu vào bộ nhớ ngoài.

Chọn phần tử lãnh đạo

Cập nhật vận tốc và vị trí các phần tử

Áp dụng thuật toán đột biến để tăng tính đa dạng

Tính hàm thích nghi


No

Phần tử đang xét trội hơn
hoặc tương đương pBest
trước đó?

Yes
Cập nhật pBest mới

Cập nhật gBest mới

Đã có kết quả hoặc đủ số
vòng lặp?

No

Yes
Xuất kết quả

Kết thúc

Hình 2.3. Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn đa mục tiêu


8
2.4. Kết luận
Trong chương này, tác giả đã trình bày lý thuyết về bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu và giải pháp
để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu. Trong đó, thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đã được tác giả giới thiệu
khá rõ, đồng thời tác giả cũng đã đề cập đến các vấn đề cần quan tâm khi ứng dụng thuật toán này cho
bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu. Tác giả cũng đã xây dựng sơ đồ khối thuật toán nhằm giúp người đọc

hiểu rõ hơn quá trình thực hiện của thuật toán. Trên nền tảng thuật toán này, tác giả nghiên cứu ứng
dụng vào trong lĩnh vực ứng dụng hiệu quả công nghệ mới về chỉ báo đường đi sự cố nhằm nâng cao
độ tin cậy trong hệ thống điện sẽ được trình bày chi tiết trong chương 3 và chương 4.


9
Chƣơng 3
XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ
BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH
3.1. Công nghệ chỉ báo đường đi sự cố (FPI)
3.1.1. Định nghĩa thiết bị chỉ thị sự cố
Thiết bị chỉ thị sự cố FPI (Fault Passage Indicator) thường là các cảm biến dòng điện. Khi xảy
ra sự cố thì thiết bị sẽ hiển thị tín hiệu (thường là bằng đèn) và các thông tin sự cố sẽ được báo về
trung tâm điều khiển thông qua kênh truyền thông (khi thiết bị có kết nối SCADA) giúp nhân viên vận
hành nhanh chóng tìm ra điểm sự cố để cách ly, sửa chữa đoạn bị sự cố, khôi phục hoạt động cho đoạn
không bị sự cố tiếp tục làm việc
3.1.2. Nguyên tắc hoạt động của FPI
Thiết bị FPI hoạt động khi dòng điện đi qua có giá trị vượt quá giá trị cài đặt trước (dòng điện
và thời gian đặt). FPI phải phát hiện được sự cố trước khi thiết bị bảo vệ tác động.
3.1.3. Các chức năng của FPI
3.1.4. Phân loại các công nghệ FPI
a) Theo loại đường dây
b) Theo vị trí lắp đặt FPI
c) Theo công nghệ sử dụng
3.2. Mô hình thiết bị chỉ báo đường đi sự cố trong lưới điện phân phối và tác động của nó đến độ
tin cậy cung cấp điện
Sự có mặt của các thiết bị FPI sẽ giúp làm giảm thời gian tìm kiếm điểm sự cố, từ đó giảm được
thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng ở khu vực có thể chuyển tải cũng như khách hàng ở
khu vực ở vùng sự cố không chuyển tải được.
3.3. Mô hình tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối

3.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối
- Trong sơ đồ lưới điện phân phối, nhánh được nối từ hai nút, nút nguồn luôn được đánh số 0,
các nút còn lại được đánh số từ 1 đến n.
- Vị trí thiết bị phân đoạn được sử dụng tên nhánh.
- Sử dụng hai toán tử P(i,j) và S(i,j), để xây dựng công thức toán học tính toán độ tin cậy lưới
điện phân phối.
Trong một sơ đồ của lưới điện phân phối, nhánh p(i) được ký hiệu là liền kề trước của nhánh
thứ i, s(i) được ký hiệu là liền kề sau nhánh thứ i.
Toán tử P(i,j) được định nghĩa là tập hợp tất cả các nhánh phía trước nhánh i mà được bắt đầu từ
nhánh thứ j.
P(i,j) = P{i, p(i), p(p(i)), p(p(p(i))), ….., j}

(3.4)

Toán tử S(i,j) được định nghĩa là tập hợp tất cả các nhánh phía sau nhánh i mà điểm cuối là
nhánh thứ j.
S(i,j) = S{i, s(i), s(s(i)), s(s(s(i))), ….., j}

(3.5)

3.3.2. Mô hình tính toán chỉ số SAIDI của lưới điện phân phối
a) Công thức tính toán
Hàm mục tiêu SAIDI được thiết lập theo công thức (3.6).

SAIDI  SAIDIĐZ  SAIDI TBPĐ  SAIDI TBA
Trong đó:
SAIDIĐZ
SAIDITBPĐ
SAIDITBA


: Chỉ số SAIDI do đoạn đường dây trong lưới điện gây ra.
: Chỉ số SAIDI do vị trí các TBPĐ trong lưới điện gây ra.
: Chỉ số SAIDI do các trạm biến áp phân phối gây ra.

(3.6)


10
b) Xác định vùng mất điện do sự cố trên các đoạn đường dây
c) Xác định vùng mất điện do sự cố của TBPĐ gây ra
3.4. Xây dựng các hàm mục tiêu
Trên cơ sở về tính chất của lưới điện phân phối kín vận hành hở và các đặt tính của các thiết bị
FPI như đã đề cập trên, xây dựng hàm mục tiêu để tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ FPI nhằm
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong lưới điện phân phối .
Min F(x) ≡ [F1(x), F2(x)]

(3.18)

3.4.1. Hàm mục tiêu kinh tế
∑

(3.19)

Min F1 = min CFI

(3.20)

3.4.2. Hàm mục tiêu độ tin cậy
Min F2 = min SAIDI


(3.21)

3.4.3. Xác định các ràng buộc
3.5. Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho
lưới điện phân phối
Chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho lưới điện phân
phối được xây dựng dựa trên lý thuyết về tối ưu hóa đa mục tiêu, tối ưu Pareto. Chương trình đã ứng
dụng thuật toán bầy đàn đa mục tiêu như đã đề cập ở chương 2 để lập trình tính toán xác định các
phương án tối ưu đáp ứng hàm mục tiêu và các ràng buộc.
3.5.1. Giải thích thuật toán của chương trình
Bước 1. Nhập số liệu lưới điện
- Dữ liệu nhập vào chương trình là cấu trúc LĐPP (các điểm nút, chiều dài dây dẫn, số lượng
khách hàng tại các nút, vị trí các thiết bị phân đoạn, các mạch vòng ...).
- Suất hỏng hóc và thời gian sửa chữa các phần tử lưới điện.
- Các ràng buộc liên quan đến kỹ thuật và kinh tế.
Bước 2: Nhập thông số liên quan đến thuật toán MOPSO: số vòng lặp, số lượng phần tử, số
lượng nghiệm ưu việt
Bước 3. Khởi tạo quần thể ban đầu: Tạo ngẫu nhiên quần thể đầu tiên P0 với n cá thể.
Bước 4. Kiểm tra điều kiện ràng buộc: Đối với mỗi cá thể phải kiểm tra thỏa mãn các ràng buộc
như đã nêu trên. Nếu không thỏa mãn điều kiện ràng buộc thì thực hiện thuật toán để hiệu chỉnh các cá
thể phù hợp với yêu cầu bài toán.
Bước 4. Tính toán các hàm mục tiêu: Tương ứng mỗi cá thể trong quần thể, tiến hành tính toán
các hàm mục tiêu giá trị kinh tế và chỉ số độ tin cậy SAIDI.
Bước 5. Dùng thuật toán sắp xếp các nghiệm không trội: Sử dụng thuật toán phân loại nghiệm
không trội và thứ hạng tương ứng ở phần trước để xác định các bộ các nghiệm ưu việt và phân bố trên
biên Pareto.
Bước 6. Lựa chọn một nghiệm ưu việt để hình thành quần thể mới.
Bước 7. Cập nhật vận tốc và vị trí mới cho các phần tử.
Bước 8. Tính hàm thích nghi cho mỗi phần tử trong quần thể
Bước 9. Cập nhật tập nghiệm ưu việt và lưu ở bộ nhớ ngoài

Bước 10. Cập nhật pbest cho mỗi phần tử
Bước 11. Kiểm tra điều kiện dừng (đã đạt đến số lượng vòng lặp cho trước). Nếu chưa thỏa mãn
điều kiện dừng thì quay lại bước 6.
Bước 12. Quyết định tập nghiệm tối ưu: Trong tập hợp nghiệm tối ưu nằm trên biên Pareto, tùy
tính chất của bài toán, tập nghiệm có thể đến từ vài chục đến vài trăm nghiệm nằm trên biên tối ưu. Để
tạo thuận lợi trong việc ra quyết định chọn nghiệm tối ưu, sử dụng phương án trọng số nhằm giới hạn
lại số cá thể cần chọn trong tập nghiệm


11

F  min(wCost
i

Với:
Trong đó

Costi  Costmin
SAIDIi  SAIDI min
 wSAIDI
)
Costmax  Costmin
SAIDI max  SAIDI min

wCost  wSAIDI  1

(3.22)
(3.23)

wCost , wSAIDI là các trọng số, tùy mức độ quan trọng và quan điểm trong quản lý vận


hành, các chỉ số có giá trị khác khác nhau.
Bước 13. Kết thúc chương trình: Xuất ra kết quả giải pháp bố trí các FPI tối ưu, tương ứng với
giá trị của các hàm mục tiêu và phương pháp trọng số đã chọn.
3.5.2. Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự
cố cho lưới điện phân phối
Từ thuật toán nêu trong mục trên, tác giả đã xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả
công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho lưới điện phân phối trên ngôn ngữ lập trình Matlab, với tên gọi
là SmartFPI.
a) Giao diện chương trình
b) Sử dụng chương trình SmartFPI
Bƣớc 1: Nhập thông số lưới điện:
Bƣớc 2: Nhập thông số liên quan đến thuật toán MOPSO
Bƣớc 3: Tính toán
3.6. Kết luận
Trong chương 3, tác giả đã trình bày mô hình toán học về ảnh hưởng của công nghệ FPI trên
lưới điện phân phối. Trên nền tảng với lý thuyết tập hợp, logic và mối tương quan của các thiết bị phân
đoạn, tác giả cũng đã trình bày về phương pháp tính toán các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện cho lưới
điện.
Trên cơ sở đó, tác giả đã xây dựng hàm mục tiêu và các ràng buộc đối với bài toán ứng dụng
hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho lưới điện phân phối thông minh. Tác giả đã ứng dụng
thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu để xây dựng giải thuật và lập trình xây dựng chương trình
giải quyết vấn đề nêu trên.
Chương trình ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho lưới điện phân phối đã
sử dụng lý thuyết tối ưu Pareto kết hợp với giải thuật tối ưu hóa bầy đàn đã cho ra kết quả xác định
được vị trí tối ưu của thiết bị chỉ báo đường đi sự cố trên lưới điện phân phối. Đây là nền tảng và cơ sở
khoa học giúp cho các Công ty Điện lực nâng cao hiệu quả hơn trong công tác quản lý vận hành lưới
điện phân phối.